REKLAMA


 

REKLAMA


 

Bezpieczna energia Jakub Ostałowski

Energetyka to nie tylko prąd w gniazdku czy ciepłe mieszkania, ale przede wszystkim fundament gospodarki. Wiąże się z nim jedno bardzo ważne słowo – środowisko. By je chronić, potrzebny jest na przykład przepis na aktywny katalizator, który pozwoli zamienić szkodliwe związki chemiczne w neutralne, a nawet cenne substancje


Lamacz_Agata

Autorem tekstu jest Agata Łamacz
Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych, Polska Akademia Nauk, Zabrze
e-mail: Ten adres pocztowy jest chroniony przed spamowaniem. Aby go zobaczyć, konieczne jest włączenie w przeglądarce obsługi JavaScript.  

 

Dr inż. Agata Łamacz jest adiunktem w Centrum Materiałów Polimerowych i Węglowych. Obecnie prowadzi badania nad otrzymywaniem materiałów hybrydowych nanorurek węglowych z metalami oraz ich zastosowaniem w katalizie. Za swoją pracę dotyczącą katalitycznego oczyszczania gazów
ze spalania i zgazowania węgla otrzymała nagrodę im. Marii Skłodowskiej-Curie.
 

 


Jako ludzkość czerpiemy niesamowite profity z postępu techniki, jednak nasz komfort okupiony jest zanieczyszczeniem środowiska naturalnego, a przede wszystkim powietrza, którym przecież musimy oddychać.

 

Jak wiadomo, jednym z głównych surowców energetycznych jest węgiel, a jego spalaniu towarzyszą emisje pyłów, metali ciężkich oraz takich substancji toksycznych, jak dwutlenek siarki (SO2) czy tlenki azotu (NOx). Te ostatnie biorą udział w tworzeniu się kwaśnych deszczy, które negatywnie wpływają nie tylko na organizmy żywe, lecz także na infrastrukturę. W perspektywie całego kraju znaczny udział w emisji szkodliwych gazów mają elektrownie węglowe, które poprzez spalanie węgla produkują energię niezbędną do ogrzewania domów oraz dla przemysłu. Najbardziej zanieczyszczonym regionem Polski jest Górny Śląsk. Na jego terenie znajduje się największa liczba kopalń, elektrowni oraz zakładów przemysłowych. Naturalnie istnieją normy emisji szkodliwych substancji do atmosfery, a ich nieprzestrzeganie pociąga za sobą poważne konsekwencje finansowe, które w postaci wzrostu cen węgla oraz energii ponosi statystyczny Polak. Zatem redukcja szkodliwych emisji gazów i pyłów jest koniecznością zarówno z ekologicznego, jak i ekonomicznego punktu widzenia.

 

Oprócz produkcji tlenków azotu spalanie węgla jest związane przede wszystkim z olbrzymimi emisjami dwutlenku węgla (CO2), który jest uważany za najpoważniejszy czynnik powodujący ocieplenie klimatu. Mimo kontrowersji, jakie towarzyszą tematowi globalnego ocieplenia, dyrektywy Unii Europejskiej jasno nakazują ograniczenie emisji CO2, a to z kolei wymusza zastosowanie innych rozwiązań zagospodarowania węgla. Alternatywą dla spalania węgla są tak zwane Czyste Technologie Węglowe, czyli wszystkie procesy oraz sposoby wykorzystania węgla, które pozwalają na zmniejszenie negatywnego wpływu produktów jego spalania na środowisko.

 

Jedną z takich technologii jest zgazowanie węgla do gazu syntezowego, czyli mieszaniny wodoru i tlenku węgla. Gaz ten jest wykorzystywany do produkcji energii lub chemikaliów. Niestety, procesowi zgazowania towarzyszy powstawanie związków smołowych, które stanowią poważne zanieczyszczenie wody poprocesowej. Ponadto mogą one kondensować się bądź polimeryzować w przewodach instalacji, powodując ich zatykanie, co skutkuje zmniejszeniem efektywności procesu oraz znacznym wzrostem jego kosztów. Podobnie jak uzyskane w procesie spalania węgla tlenki azotu związki smołowe są produktami niepożądanymi i muszą zostać usunięte. Istnieje wiele metod oczyszczania gazów, jednak najlepsze efekty zapewniają procesy katalityczne.

 

Reakcja przyspieszona

 

Termin „kataliza” został wprowadzony do chemii w 1835 roku przez Jönsa Jacoba Berzeliusa. Od tego czasu to zjawisko było systematycznie badane przez wielu uczonych. Należy choćby wspomnieć o Fritzu Haberze, który opracował metodę otrzymywania amoniaku bezpośrednio z azotu i wodoru w obecności katalizatora. Jego odkrycie umożliwiło produkcję nawozów sztucznych i przyczyniło się do walki z głodem w pierwszej połowie ubiegłego wieku. W dzisiejszych czasach reakcje katalityczne są wykorzystywane do syntezy związków, z których otrzymuje się m.in. tworzywa sztuczne, farby, tkaniny czy leki. Od wielu lat kataliza odgrywa też ogromną rolę w ochronie środowiska. Można śmiało powiedzieć, że reakcje katalityczne znajdują zastosowanie w każdej dziedzinie życia. Nawet w naszych ciałach codziennie zachodzi niezliczona liczba procesów katalizowanych przez enzymy. Katalizator jest substancją, która nie jest zużywana w danej reakcji, ale powoduje jej przyspieszenie. Bardzo często umożliwia także przeprowadzenie reakcji w dużo niższej temperaturze. Jeżeli katalizator i środowisko reakcji znajdują się w różnych stanach skupienia, np. katalizator jest ciałem stałym, a reakcja zachodzi w fazie gazowej (tak jak w przypadku usuwania tlenków azotu czy rozkładu związków smołowych), mamy do czynienia z katalizą heterogeniczną. Jej podstawą są zjawiska chemiczne zachodzące na powierzchni ciała stałego, a właściwie na granicy faz ciało stałe/gaz. Poznanie tych zjawisk jest niezwykle ważne dla odpowiedniego „zaprojektowania” katalizatora danej reakcji. Katalizatory heterogeniczne bardzo często (choć nie zawsze) składają się z nośnika oraz osadzonej na nim fazy aktywnej, która jest odpowiedzialna za przyspieszanie danej reakcji. Rolą nośnika jest zapewnienie dużej powierzchni kontaktu mieszaniny reakcyjnej z fazą aktywną. Zdarza się, że sam nośnik też wykazuje właściwości katalityczne.

 

Przepis na aktywny katalizator

 

W swojej pracy bazowałam na mieszanym tlenku ceru i cyrkonu (CeZrO2), na który nanosiłam różne metale (m.in. miedź, kobalt i nikiel). Zastosowany przeze mnie nośnik ma wyjątkowe właściwości fizykochemiczne, przez co na powierzchni katalizatorów zachodziły interesujące zjawiska. Ich liczba czasami przyprawiała mnie o zawrót głowy, ale właśnie to powodowało, że badania były ciekawe i dawały mi dużo satysfakcji. Tym bardziej, kiedy okazywało się, że katalizator wykazywał wysoką aktywność i selektywność do pożądanych produktów oraz był stabilny przez długi czas reakcji.

 

Pierwszą część pracy poświęciłam badaniom nad selektywną katalityczną redukcją tlenków azotu (SCR – Selective Catalytic Reduction). Metoda ta jest jedną z kilku, które umożliwiają przekształcenie szkodliwych tlenków azotu w chemicznie obojętny azot, będący zresztą głównym składnikiem powietrza. Rozkład tlenków azotu prowadzi się przy użyciu różnych czynników redukujących, np. tlenku węgla (CO), amoniaku (NH3) czy węglowodorów (CnHm). Ze względu na obecność tych ostatnich w gazach odlotowych ze spalania węgla prowadzenie reakcji SCR właśnie węglowodorami wydaje się najkorzystniejsze. Nie ma wówczas konieczności wprowadzania do strumienia gazu dodatkowych substancji i przy okazji rozkłada się niespalone węglowodory do dwutlenku węgla i pary wodnej. Prace badawcze były prowadzone w ramach polsko-francuskiego projektu EUREKA „Abatement of N2O and NOx from Industry Plants and Fossil Fuel Combustion Devices over Novel Catalysts”.

 

Ambasador Francji Pierre Buhler wręcza dr Agacie Łamacz  nagrodę im. Marii Skłodowskiej-Curie. Fot. Ambasada Francji w Warszawie

 

Następnie zaangażowałam się w badania nad katalitycznym rozkładem związków smołowych, które były realizowane w ramach projektu „Chemia perspektywicznych procesów i produktów konwersji węgla”, finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego. Smoła powstająca podczas zgazowania węgla jest mieszaniną węglowodorów (głównie aromatycznych) o różnej reaktywności. Skład wytworzonej smoły zależy od wielu czynników, np. od typu zgazowywanego węgla czy warunków prowadzenia procesu. Rozkład związków smołowych można prowadzić np. w reakcji katalitycznego reformingu parowego. Po dodaniu pary wodnej do gazu surowego ze zgazowania węgla możliwe jest rozłożenie niepożądanych związków smołowych do gazu syntezowego.

 

Kiedy staram się wskazać najważniejsze efekty mojej pracy, wiem, że nie mogę się ograniczyć tylko do otrzymania aktywnego katalizatora rozkładu związków smołowych, który niedawno pozytywnie przeszedł testy w skali półpilotowej i ma szansę znaleźć zastosowanie w procesach przemysłowych. Na liście sukcesów muszą się też znaleźć projekty, które pod koniec doktoratu mogłam realizować dzięki finasowaniu z MNiSW oraz NCN, jak również nagroda im. Marii Curie-Skłodowskiej, którą otrzymałam z rąk ambasadora Francji Pierre’a Buhlera. Dzięki nim poczułam, że moja praca została dostrzeżona i doceniona. To, czego nie umieszcza się w spisie osiągnięć, a co jest dla mnie niezwykle ważne, to znajomości i przyjaźnie ze wspaniałymi ludźmi, których miałam szczęście poznać w pracy, podczas konferencji oraz moich wizyt na Uniwersytecie Piotra i Marii Curie w Paryżu, gdzie wykonałam część badań. To oni wielokrotnie byli katalizatorami moich mniejszych i większych sukcesów.

 

 

Chcesz wiedzieć więcej?

Skalska K., Miller S., Ledakowicz S. Trends in NO(x) abatement: a review, Science of The Total Environment, 9/2010; 408(19): 3976-89.
Studium koncepcyjne wybranych technologii, perspektywicznych procesów i produktów konwersji węgla – osiągnięcia i kierunki badawczo-rozwojowe, (2010, red. Ściążko M., Kijeński J.), Wydawnictwo IChPW, ISBN: 978-83-930194-0-3.
Łamacz A., Krztoń A., Djéga-Mariadassou G. Steam reforming of model gasification tars compound on nickel based ceria-zirconia catalysts”, Catalysis Today, (2011), 176, 347-351.


Academia nr 4 (40) 2014

 

 

Oceń artykuł
(2 głosujących)

Tematy

agrofizyka antropologia kultury antropologia społeczna archeologia archeometalurgia architektura Arctowski arteterapia astrofizyka astronomia badania interdyscyplinarne behawioryzm biochemia biologia biologia antaktyki biologia płci biotechnologia roślin borelioza botanika chemia chemia bioorganiczna chemia fizyczna chemia spożywcza cywilizacja demografia edukacja ekologia ekologia morza ekonomia energia odnawialna etnolingwistyka etnomuzykologia etyka ewolucja fale grawitacyjne farmakologia filozofia finansowanie nauki fizyka fizyka jądrowa gender genetyka geochemia środowiska geoekologia geofizyka geografia geologia geologia planetarna geoturystyka grafen historia historia idei historia literatury historia nauki historia sztuki humanistyka hydrogeologia hydrologia informatyka informatyka teoretyczna internet inżynieria inżynieria materiałowa język językoznawstwo kardiochirurgia klimatologia kobieta w nauce komentarz komunikacja kosmologia kryptografia kryptologia kulinaria kultoznawstwo kultura lingwistyka literatura literaturoznawstwo matematyka medycyna migracje mikrobiologia mineralogia mniejszości etniczne mniejszości narodowe modelowanie procesów geologicznych muzykologia mykologia na czasie nauka obywatelska neurobiologia neuropsychologia nowe członkinie PAN 2017 oceanografia ochrona przyrody orientalistyka ornitologia paleobiologia paleontologia palinologia parazytologia PIASt politologia polityka społeczna polska na biegunach prawo protonoterapia psychologia psychologia zwierząt punktoza Puszcza Białowieska robotyka rozmowa „Academii” seksualność smog socjologia szczepienia sztuka technologia wieś w obiektywie wulkanologia zastosowania zdrowie zoologia zwierzęta źródła energii żywienie

Komentarze

O serwisie

Serwis naukowy prowadzony przez zespół magazynu Academia PAN.Academia Zapraszamy do przysyłania informacji o badaniach, aktualnie realizowanych projektach naukowych oraz imprezach popularyzujących naukę.

 

Dla użytkowników: Regulamin

Pliki cookies

Informujemy, że używamy ciasteczek (plików cookies) w celu gromadzenia danych statystycznych, emisji reklam oraz prawidłowego funkcjonowania niektórych elementów serwisu. Pliki te mogą być umieszczane na Państwa urządzeniach służących do odczytu stron, a korzystając z naszego serwisu wyrażacie Państwo zgodę na używanie cookies, zgodnie z aktualnymi ustawieniami przeglądarki.

Więcej informacji o celu używania i zmianie ustawień ciasteczek w przeglądarce: TUTAJ

Wydanie elektroniczne

Kontakt

  • pisz:

    Redakcja serwisu online
    Academia. Magazyn Polskiej Akademii Nauk
    PKiN, pl. Defilad 1, pok. 2110
    (XXI piętro)
    00-901 Warszawa

  • dzwoń:

    tel./fax (+48 22) 182 66 61 (62)

  • ślij:

    e-mail: academia@pan.pl